هل يمكن للنظام الغذائي تغيير جيناتنا؟ هل يمكن أن تؤثر صدمات طفولتنا على أطفالنا وأحفادنا؟ يمكن تقديم الإجابات على هذه الأسئلة من خلال علم التخلق ، أي العلم الذي يدرس ما يسمى تعديلات فوق جينية. تعتبر التعديلات اللاجينية حاليًا من أهم الاكتشافات في علم الأحياء الجزيئي ، حيث أتاحت فهم العلاقة بين الخلفية الجينية والعوامل البيئية.
جدول المحتويات:
- علم التخلق - ما هي التعديلات اللاجينية؟
- علم التخلق - أنواع التعديلات اللاجينية
- علم التخلق - دور التعديلات اللاجينية
- علم التخلق - النظام الغذائي
- علم التخلق - تعدد الأشكال الجينية MTHFR
- علم التخلق - الإجهاد
- علم التخلق - التأثير على الصحة
علم التخلق هو فرع من فروع العلم يدرس التغيرات في التعبير الجيني التي لا ترجع إلى تعديلات التسلسل في خيط الحمض النووي. تسمى هذه التعديلات بالتعديلات اللاجينية وهي نوع من الواسمات الجزيئية التي تضاف إلى خيوط الدنا بواسطة إنزيمات مناسبة ، مثل ميثيل ترانسفيراز.
عن طريق التعديلات اللاجينية ، يمكن للجسم التحكم في مسار العديد من العمليات البيولوجية الرئيسية ، مثل تطور الأنسجة والأعضاء الفردية في الرحم.
استخدم وادينجتون مصطلح "علم التخلق" لأول مرة في عام 1942. تأتي البادئة "epi-" من الكلمة اليونانية "أعلاه" ، والتي تعني ترجمتها بشكل غير دقيق شيئًا أعلى من الجينات الكلاسيكية.
علم التخلق - ما هي التعديلات اللاجينية؟
يمكن للواسمات الجزيئية المضافة إلى خيط DNA أثناء التعديل اللاجيني أن تقرر ما إذا كان الجين قد تم التعبير عنه أم لا ، حيث تعمل بمثابة "مفاتيح" جزيئية و "مفاتيح" تنظم التعبير عن جينات معينة.
والأهم من ذلك ، أن مثل هذه التعديلات لا تغير بنية خيط الحمض النووي ، أي أنها ليست نوعًا من الطفرات الجينية التي لا رجعة فيها ، ولكنها شيء يخضع لتغيرات ديناميكية تحت تأثير العوامل البيئية.
بالإضافة إلى ذلك ، تتم إضافة أو إزالة الواسمات الجزيئية المناسبة بعد كل انقسام خلوي وتضاعف شرائط الحمض النووي.
ومن ثم ، فإن كل خلية لها نمطها المميز الخاص بالعلامات الجزيئية التي تحدد ملف تعريف التعبير الجيني الخاص بها. يسمى جمع هذه الواسمات الجزيئية الإبيجينوم.
أفضل تعديل جيني معروف هو مثيلة الحمض النووي ، والتي تتكون من ربط مجموعة ميثيل بالسيتوزين (مركب أساسي هو جزء من الحمض النووي).
في المقابل ، فإن التعديل الوراثي اللاجيني العكسي للميثلة هو نزع الميثيل ، والذي يتكون من إزالة مجموعة الميثيل من السيتوزين.
علم التخلق - أنواع التعديلات اللاجينية
يمكن أن تؤثر التعديلات اللاجينية بشكل مباشر على خيوط الحمض النووي:
- مثيلة الحمض النووي ، أي ربط مجموعات الميثيل بالسيتوزين عن طريق ميثيل ترانسفيرازات الحمض النووي
- إزالة ميثيل الحمض النووي ، أي إزالة مجموعات الميثيل من السيتوزين عن طريق دي ميثيلازات الحمض النووي
- بالإضافة إلى ذلك ، يتم إجراء التعديلات اللاجينية من البروتينات التي لا يوجد بها أي جرح في الحمض النووي ، أي الهستونات:
- مثيلة من بقايا ليسين وأرجينين من الهيستونات مع هيستون ميثيل ترانسفيراز
- إزالة الميثيل من بقايا الليسين والأرجينين من الهيستونات مع ديميثيلاز هيستون
- أستلة بقايا هيستون ليسين مع هيستون أسيتيل ترانسفيراز
- نزع الأسيتيل من بقايا هيستون ليسين بواسطة هيستون ديسيتيلاز
- فسفرة بقايا سيرين هيستون بواسطة كينازات
- انتشار بقايا هيستون ليسين عن طريق ربط بروتين يوبيكويتين بالهيستونات باستخدام الإنزيمات E1 و E2 و E3
- الارتباط بالريبوزيل من هيستون الجلوتامين ومخلفات الأرجينين التي تنطوي على ربط نيوكليوتيدات ADP-الريبوز باستخدام البلمرة والترانسفيراز
التعديل اللاجيني اللا نمطي هو ما يسمى جزيئات RNA غير المشفرة مثل microRNA (ميرنا). إنها جزيئات RNA قصيرة وحيدة الشريطة (مركبات شبيهة بالحمض النووي) يمكنها تنظيم التعبير الجيني عن طريق منع تكوين البروتينات.
علم التخلق - دور التعديلات اللاجينية
- تعزيز التعبير الجيني
- إسكات التعبير الجيني
- السيطرة على تمايز الخلايا في الجسم
- التطور الجنيني
- تنظيم درجة تكاثف الكروماتين ، على سبيل المثال تعطيل الكروموسوم X ، بفضل وجود نسخة واحدة فقط من الجينات المرتبطة بالجنس في النساء نشطة.
يعتبر النحل مثالًا مثيرًا للاهتمام لدور التعديل اللاجيني في نمو الحيوان. في هذه الحشرات ، الملكة هي أم جميع النحل في خلية واحدة ، ونتيجة لذلك لديهم جميعًا نفس تسلسل الحمض النووي.
ومع ذلك ، فإن خلية واحدة تسكنها الحشرات التي تبدو وتتصرف بشكل مختلف. العمال أصغر من الملكة ولديهم مزاج معتدل ، بينما الجنود أكبر وأكثر عدوانية.
هذه الاختلافات ناتجة عن التعديلات الوراثية اللاجينية التي تحدد مظهر وسلوك النحل المتكيف مع الدور الذي يلعبه في مجتمع الخلية.
يتم ملاحظة آلية مماثلة أثناء نمو الجنين للحيوانات ، عندما يؤثر إسكات وتعزيز التعبير عن جينات معينة على مصير خلية جذعية معينة ، سواء كانت خلية عصبية في المخ أو خلية ظهارية معدية.
علم التخلق - النظام الغذائي
تحدث التعديلات اللاجينية بالفعل أثناء حياة الجنين ومن ثم قد تخضع لتغيرات ديناميكية طوال الحياة تحت تأثير العوامل البيئية.
يعد الغذاء والمواد النشطة بيولوجيًا من أهم العوامل التي تؤثر على شكل الإيبيجينوم.
تم تأكيد تأثير النظام الغذائي على التعديلات اللاجينية في العديد من الدراسات قبل السريرية والسريرية.
هناك آليتان على الأقل يمكن من خلالهما أن يؤثر النظام الغذائي على التعديل الوراثي اللاجيني ، وخاصة عملية المثيلة:
- عن طريق تغيير توافر المتبرعين بالميثيل مثل S-adenosylmethionine (SAM) ، والذي يتم تصنيعه في دورة الميثيونين من العديد من السلائف الموجودة في الغذاء ، بما في ذلك الميثيونين والكولين ومشتقاته البيتين وحمض الفوليك والفيتامينات B2 و B6 و B12. ومن ثم ، فإن قلة توافر هذه المركبات قد يؤدي إلى انخفاض تخليق SAM واضطراب عملية المثيلة
- عن طريق تعديل نشاط الإنزيمات المتعلقة بعملية المثيلة (مثل DNMT methyltransferase) من خلال استهلاك مادة البوليفينول الموجودة في الفواكه والخضروات والتوابل. ومن الأمثلة على هذه المركبات ريسفيراترول في النبيذ الأحمر ، ويبيغالوكاتشين جاليت (EGCG) في الشاي الأخضر ، والكركمين في جذور الكركم ، وجينيستين في فول الصويا ، والسلفورافان في البروكلي ، وكيرسيتين في الحمضيات والحنطة السوداء
تم توثيق تأثير النظام الغذائي على الإيبيجينوم في الرحم من خلال التجربة الشهيرة على فئران المختبر "agouti" ، والتي تتميز بلون المعطف الأصفر والاستعداد للإصابة بالسمنة والسكري والسرطان.
اللون الأصفر للفراء في هذه الفئران هو نوع من المؤشرات على عدم كفاية مثيلة الجينات.
في التجربة ، تم تغذية الفئران "agouti" الحامل بطعام يحتوي على نسبة عالية من المتبرعين بالميثيل ، من بين أشياء أخرى. حمض الفوليك والكولين.
ولدهشة العلماء ، فإن نسل هذه الفئران لم يشبه والديهم. كانت الصفة الأولى الملحوظة هي تغير لون المعطف إلى اللون البني ، ولكن الشيء الأكثر إثارة للدهشة هو أن الفئران فقدت استعدادها للإصابة بالأمراض التي عانى منها والديها.
كما اتضح ، كان هذا نتيجة لنظام غذائي معدل واستعادة مثيلة الحمض النووي الطبيعي.
تدعم هذه الملاحظات حقيقة أن الإبيجينوم يمكن أن يتغير عن طريق النظام الغذائي ويمكن أن يكون له عواقب صحية بعيدة المدى.
في السنوات الأخيرة ، تم أيضًا إثبات الدور المهم لميكروبات الأمعاء في عملية التعديل الوراثي.
تنتج الكائنات الحية الدقيقة المعوية العديد من المواد النشطة بيولوجيًا ، مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة ، وتعتمد كميتها على تكوين الأنواع من الكائنات الحية الدقيقة ونوعية النظام الغذائي.
يزيد الإمداد العالي من منتجات البريبايوتك في النظام الغذائي ، مثل الألياف الغذائية القابلة للذوبان ، مثل النشا المقاوم ، من تركيز الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة ، والتي تؤثر بشكل إيجابي على إبيجينوم الخلايا الظهارية المعوية.
علم التخلق - تعدد الأشكال الجينية MTHFR
قد تتأثر كفاءة التعديلات اللاجينية أيضًا بتعدد الأشكال الجينية ، أي تغييرات طفيفة في الجينوم ، والنتيجة هي وجود متغيرات جينية مختلفة في البشر.
من بين نتائج تعدد الأشكال الجينية. تختلف استجابة كل شخص للعناصر الغذائية.
تشير التقديرات إلى أن 15-30 ٪ من الناس قد يكون لديهم حاجة متزايدة لمانحين الميثيل (خاصة حمض الفوليك) بسبب تعدد الأشكال غير المواتي لجين MTHFR ، الذي يشفر إنزيم اختزال ميثيلين تتراهيدروفولات.
هذا الإنزيم مسؤول عن تحويل حمض الفوليك إلى شكله النشط.
يعاني الأشخاص الذين لديهم متغير غير مواتٍ من تعدد الأشكال الجيني MTHFR من ضعف تحويل الشكل غير النشط لحمض الفوليك إلى شكله النشط ، 5-ميثيل تيتراهيدروفولات (5-MTHF) ، وبالتالي لديهم حاجة متزايدة للمتبرعين بالميثيل.
وعلى الرغم من أن البحث لم يؤكد بوضوح أن هؤلاء الأشخاص قد يكونون قد قللوا من مثيلة خيوط الحمض النووي ، فإن الأمر يستحق في حالتهم الانتباه إلى الإمداد الكافي في النظام الغذائي أو المكملات الإضافية للمتبرعين بالميثيل مثل حمض الفوليك أو الكولين.
علم التخلق - الإجهاد
هرمونات التوتر المفرط ، من بين أمور أخرى قد يؤثر الكورتيزول على التعديلات الجينية في الجهاز العصبي ويزيد من مخاطر الاضطرابات النفسية.
لقد تم توثيق أن الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات القلق ، واضطراب ما بعد الصدمة ، واضطراب ما بعد الصدمة والاكتئاب لديهم ملف تعريف تعديل جيني مميز (بشكل رئيسي انخفاض مثيلة الحمض النووي).
يُعتقد أن هذا الإبيجينوم يتشكل من خلال تجارب الطفولة الصادمة و / أو المواقف العصيبة المزمنة.
يتم الحفاظ على هذا المظهر اللاجيني طوال حياتهم وربما يتم نقله إلى الأطفال والأحفاد (المعروف باسم الميراث الجيني الإضافي).
علم التخلق - التأثير على الصحة
يمكن أن تسبب الأخطاء أثناء التعديلات اللاجينية ، مثل إسكات التعبير عن الجين الخطأ ، عواقب وخيمة في عمل الجسم ، على سبيل المثال تسبب السرطان.
علاوة على ذلك ، تشير المزيد والمزيد من الدراسات إلى أن التعديلات اللاجينية ، بالإضافة إلى المشاركة في العمليات الفسيولوجية ، قد تساهم في تطور أمراض مثل:
- الخوض
- فصام
- كآبة
- أمراض القلب والأوعية الدموية
- الأمراض العصبية
- أمراض المناعة الذاتية
- الحساسية
يجري البحث بشكل خاص عن العلاقة بين التعديلات اللاجينية والنظام الغذائي وخطر الإصابة بأمراض معينة.
لقد ثبت أن تعديلات جينية كبيرة تحدث في الرحم ، والتي قد يكون لها آثار في مرحلة البلوغ.
لذلك فإن ما تأكله الأم أثناء الحمل قد يزيد من مخاطر الإصابة بأمراض معينة بل ويؤثر على الجيل التالي.
لقد ثبت أن أطفال الأمهات الحوامل خلال فصل الشتاء الجائع في هولندا في 1944-1945 كانوا أكثر عرضة للإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية والسمنة والفصام مقارنة بأطفال الأمهات اللائي لم يجوعن.
تم العثور عليه في أطفال الأمهات الجياعات انخفاض مثيلة الجين المشفر لعامل النمو الشبيه بالأنسولين 2 (IGF2).
يستحق المعرفةإن إنجازات علم الوراثة اللاجينية هي حاليًا موضوع بحث مكثف في علم التغذية. حتى أن هناك نظامًا جديدًا يتعامل مع تأثير العناصر الغذائية على التعبير الجيني ، أي علم المورثات الغذائية.
المؤلفات
- Moosavi A. and Motevalizadeh A. دور علم التخلق في علم الأحياء والأمراض البشرية. إيران بيوميد ج. 2016 ، 20 (5) ، 246-258.
- تشوي إس دبليو وفريسو إس. علم التخلق: جسر جديد بين التغذية والصحة. أدف نوتر. 2010 ، 1 (1) ، 8-16.
- Karabin K. تأثير النظام الغذائي على الإبيجينوم البشري ، أو كيف يغير النظام الغذائي الجينات. الحمية الحديثة 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. and Hauser J. آليات الوراثة اللاجينية في الأمراض العقلية والاضطرابات المعرفية. الطب النفسي 2009 ؛ 6 ، 2 ، 51-60.
- Poczęta M. وآخرون .التعديلات اللاجينية والتعبير الجيني في الأورام. آن. أكاد. ميد. سيلز. 2018.72 ، 80-89.
- Glad C. et al. انخفاض مثيلة الحمض النووي وعلم النفس المرضي بعد فرط الكورتيزول الداخلي - دراسة على مستوى الجينوم. التقارير العلمية 2017، 7، 44445.
- شين دبليو وآخرون. يحافظ تناول الكولين الذي يتجاوز التوصيات الغذائية الحالية على علامات الميثيل الخلوي في مجموعة فرعية وراثية من الرجال المعرضين للفولات. J نوتر. 2010 ، 140 ، 5 ، 975-980.
اقرأ نصوص أخرى لهذا المؤلف
